CN102313859A

CN102313859A - 基于ieee1588的井下电缆故障定位方法及系统

Info

Publication number: CN102313859A
Application number: CN201110217816A
Authority: CN
Inventors: 周大敏; 安文斗
Original assignee: CHINA COAL SCIENCE AND INDUSTRY GROUP CHONGQING RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: CHINA COAL SCIENCE AND INDUSTRY GROUP CHONGQING RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明公开了一种基于IEEE1588的井下电缆故障定位方法，是将基于IEEE1588通讯协议的的主时钟端和从时钟端分别设置于井下电缆的两端，主、从端都有独立的行波信号预处理、采样、处理功能电路，两端之间通过1000MHz光纤相连接，通过光纤网络实现两个采集端的时钟同步和网络通讯，在精确同步时钟控制下，通过设置在电缆两端的数据采集系统完成电缆两端行波信息的同步自动采集，当故障发生时，根据电缆双端同步采集的故障暂态行波信息，利用小波分析确定故障行波到达两端的时间差，由此确定电缆故障位置；本发明可以实现对故障点的迅速定位和处理，其实施成本低，使用方便，具有较高的可靠性和安全性。

Description

基于IEEE1588的井下电缆故障定位方法及系统

技术领域

本发明涉及故障定位及信息技术领域，特别涉及一种基于IEEE1588通讯协议的井下电缆在线故障定位方法，以及一种在线故障定位系统。

背景技术

常规的电缆故障测试仪采用高压击穿方式，通过获取故障行波来确定故障位置。由于煤矿井下可能有瓦斯气体存在，使得常规的电缆故障测试仪在煤矿井下的使用受到了限制。常规的电缆故障测试仪还具有体积大、操作复杂、操作人员需要具有较高的专业技术水平等特点，使得电缆故障定位仪在煤矿井下很少使用。

电缆在线故障定位系统由于具有很高的技术难度，目前面世的产品很少。

电缆故障在线定位系统利用运行电缆故障瞬间产生的故障行波确定故障位置。由于煤矿井下电缆长度一般在几百米到几公里之间，单端行波测距原理应用效果不太好，趋向于利用电缆两端的故障行波信号进行故障定位。由于故障行波理论传播速度为30万公里/秒，几百米到几公里的电缆长度需要电缆两端的同步采样精度很高才能实现满意的定位精度。所以电缆两端数据采样需要有很高的对时精度，比如10ns~50ns的时钟同步精度。

地面常采用GPS实现多端时钟同步。PPS脉冲精度为10ns~50ns的GPS价格相当昂贵，同时在煤矿井下也不具有采用GPS的基本条件。因此，高精度时钟同步是煤矿井下电缆故障在线定位系统实现的关键。

发明内容

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

附图为本发明的系统结构示意图。

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

IEEE 1588（网络测控系统精确时钟同步协议）最初由Agilent Laboratories（安捷伦实验室）的John Eidson以及来自其它公司和组织的12名成员开发，后来得到IEEE的赞助，并于2002年11月得到IEEE批准。

IEEE 1588的基本构思是通过软硬件配合，记录同步时钟信息的发出时间和接收时间，并且给每一条信息加上时间标签，有了时间记录，接收方就可以计算出自己在网络中的时钟误差和延时，从而实现网络上从设备的内时钟与主控机的主时钟同步。该协议可以应用的同步介质也十分广泛。既可以在应用广泛的以太网中进行同步,也适用于通过支持多点传送信息的局域网通信的系统。能够使异种系统实现同步,协议支持系统范围的时钟同步,这种同步能在小网络到本地时钟计算资源范围内实现同步。

IEEE 1588的基本功能是使分布式网络内的最精确时钟与其他时钟保持同步，它定义了一个在测量和控制网络中，与网络交流、本地计算和分配对象有关的精确同步时钟的协议PTP（Precision Time Protocol），用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。该协议为小型同构或异构局域网设计，设计者特别注意降低资源使用，使其可以在低成本终端设备上应用。该协议对内存及CPU性能没有特殊的要求，只需要最小限度的网络带宽。

本发明的基于IEEE1588的井下电缆故障定位方法，是将基于IEEE1588通讯协议的的主时钟端和从时钟端分别设置于井下电缆的两端，主、从端都有独立的行波信号预处理、采样、处理功能电路，两端之间通过1000MHz光纤相连接，通过光纤网络实现两个采集端的时钟同步和网络通讯，在精确同步时钟控制下，通过电缆两端数据采集系统完成电缆两端行波信息的同步自动采集，当故障发生时，根据电缆双端同步采集的故障暂态行波信息，利用小波分析确定故障行波到达两端的时间差，由此确定电缆故障位置。系统采用IEEE1588 V2标准，时钟同步精度小于30ns。

数据采集系统的采集及分析过程如下：在精确时钟控制下，由数据采集系统的FPGA自动完成数据采集和存储，同时，数据采集系统的CPU采用小波算法，不断分析采集的数据，检测故障行波是否存在，在检测到故障行波后，主、从端交互信息，确定行波时间差，进而确定电缆故障位置。

如图所示，本发明的井下电缆在线故障定位系统包括：

数据采集分析单元，分别设置于井下电缆的两端，在精确同步时钟控制下，完成电缆两端行波信息的同步自动采集并对采集的数据进行分析，检测故障行波是否存在；

主时钟端和从时钟端，基于IEEE1588通讯协议，分别设置于井下电缆的两端，为数据采集分析单元提供精确同步时钟，两端之间通过光纤相连接，实现两个采集端的时钟同步和网络通讯。

其中，数据采集分析单元包括用于完成电缆两端行波信息的同步自动采集的FPGA，以及CPU，所述CPU采用小波算法，不断分析采集的数据，检测故障行波是否存在，在检测到故障行波后，发出控制指令，使主、从端交互信息，确定行波时间差，进而确定电缆故障位置。

本实施例中，采用MPC83XX系列的CPU，CPU自身硬件支持IEEE1588和1000MHz以太网接口，加上对接口电路的优化设计，保证了主从端时钟精确同步。

主时钟端完成IEEE1588时钟服务器的功能，主时钟端采用IEEE1588V2对从时钟端对时，保证从时钟端与主时钟端严格同步，时钟误差不超过30ns；采用高稳晶振，保证两端时钟的稳定性。利用MPC83XX的1588硬时钟触发高速A/D采样。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.基于IEEE1588的井下电缆故障定位方法，其特征在于：将基于IEEE1588通讯协议的的主时钟端和从时钟端分别设置于井下电缆的两端，主、从端都有独立的行波信号预处理、采样、处理功能电路，两端之间通过1000MHz光纤相连接，通过光纤网络实现两个采集端的时钟同步和网络通讯，在精确同步时钟控制下，通过设置在电缆两端的数据采集系统完成电缆两端行波信息的同步自动采集，当故障发生时，根据电缆双端同步采集的故障暂态行波信息，利用小波分析确定故障行波到达两端的时间差，由此确定电缆故障位置。

2.根据权利要求1或2所述的基于IEEE1588的井下电缆故障定位方法，其特征在于：系统采用IEEE1588 V2标准。

3.根据权利要求1所述的基于IEEE1588的井下电缆故障定位方法及系统，其特征在于：时钟同步精度小于50ns。

4.根据权利要求2所述的基于IEEE1588的井下电缆故障定位方法，其特征在于：所述数据采集系统的采集及分析过程如下：在精确时钟控制下，由数据采集系统的FPGA自动完成数据采集和存储，同时，数据采集系统的CPU采用小波算法，不断分析采集的数据，检测故障行波是否存在，在检测到故障行波后，主、从端交互信息，确定行波时间差，进而确定电缆故障位置。

5.井下电缆在线故障定位系统，其特征在于：所述系统包括

6.根据权利要求5所述的基于IEEE1588的井下电缆故障定位系统，其特征在于：所述数据采集分析单元包括

FPGA，用于完成电缆两端行波信息的同步自动采集；

CPU，采用小波算法，不断分析采集的数据，检测故障行波是否存在，在检测到故障行波后，发出控制指令，使主、从端交互信息，确定行波时间差，进而确定电缆故障位置。

7.根据权利要求6所述的基于IEEE1588的井下电缆故障定位系统，其特征在于：主时钟端、从时钟端采用IEEE1588V2标准。